Способ формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков



Способ формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков
Способ формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков
Способ формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков
Способ формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков
Способ формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков
Способ формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков

 


Владельцы патента RU 2531267:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" (RU)

Изобретение относится к области СВЧ-электроники и предназначено для формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков. Технический результат - увеличение разброса электронов по скоростям в области электронной пушки за счет управляемого торможения части электронного пучка, в частности его периферийной части. Способ формирования электронного пучка включает эмиссию электронов с катода, ускорение электронов с помощью ускоряющего электрода с потенциалом U0, торможение электронов. Торможение осуществляют с помощью сетки с потенциалом U1<U0, перекрывающей часть электронного пучка, за счет чего в электронном пучке создается разброс электронов по скоростям. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области СВЧ-электроники и предназначено для формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков. Многоскоростные неламинарные электронные пучки могут быть использованы для генерации широкополосного шумоподобного СВЧ- излучения малой и средней мощности (Kalinin Ju.A., Starodubov A.V. Physics of wave phenomena. 2011. Vol.19, No.l. p.18-23). Шумоподобные сигналы находят широкое применение в различных областях техники, таких как информационно-телекоммуникационные системы, радиолокация, измерительная техника и т.д. (А.С.Дмитриев, А.И.Панас. М.: Физматлит. - 2002; Н.Н.Залогин, В.В.Кислов. М.: Радиотехника. - 2006). Кроме того, представляется перспективным использование подобных сигналов в ряде отраслей обрабатывающей промышленности, таких как нефтеперерабатывающая промышленность, деревообрабатывающая и т.п. (Калинин Ю.А., Стародубов А.В., Березин С.И. Наука и технологии в промышленности. 3 (2009) 28-31).

Известны различные способы и устройства, предназначенные для формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков.

Известен генератор шумоподобного широкополосного СВЧ-сигнала на виртуальном катоде (Патент на изобретение №2288519, МПК H01J 25/68). Из этого патента известен способ создания разброса электронов по скоростям, который реализуется следующим образом. В сеточный зазор инжектируется интенсивный электронный пучок, формируемый электронной пушкой с модулирующей сеткой, на которую подается потенциал больше естественного. Модулирующая сетка увеличивает разброс электронов по продольным и поперечным скоростям, что способствует созданию наиболее эффективного виртуального катода и повышает выходную мощность, расширяя полосу генерируемых частот. Недостатком указанного способа является то, что разброс электронов по скоростям не превышает 5%.

Известен способ, который описан в патенте РФ на полезную модель №99900, МПК H01J 25/68. Из этого патента известен способ формирования электронного пучка с разбросом электронов по скоростям, который заключается в том, что электронный пучок, эмитируемый с катода, последовательно проходит экранирующую сетку, находящуюся под потенциалом катода и ускоряющую сетку, на которую подается ускоряющее напряжение. Электроны, проходящие через центральные части ячеек ускоряющей сетки и через периферийные, приобретаются разные как по модулю, так и по направлению скорости. Таким образом, ячейки ускоряющей сетки оказываются подобны электронной расфокусирующей линзы. Другими словами, в такой системе совмещены области электронной пушки и формирования пучка с разбросом по скоростям. Недостатком указанного выше способа является то, что приобретаемый разброс электронов по скоростям достаточно мал и не превышает 5%.

Наиболее близкий аналог описан в способе генерирования хаотических высокочастотных и сверхвысокочастотных широкополосных колебаний (Патент на изобретение №2420825, МПК H01J 25/38, H03B 29/00, H04K 1/00). Способ генерирования хаотических высокочастотных и сверхвысокочастотных широкополосных колебаний включает в себя эмиссию электронов с катода, ускорение электронов с помощью ускоряющего электрода с потенциалом U0, торможение электронов. Формирование ламинарного электронного потока осуществляется катодом и ускоряющим электродом. Затем за счет воздействия неоднородных электрических и/или магнитных полей в электронном потоке создается разброс электронов по скоростям, за счет чего разные части электронного потока начинают двигаться с различной скоростью, что ведет к формированию в электронном потоке турбулентности. Далее осуществляется усиление хаотических широкополосных ВЧ- и СВЧ-колебаний турбулентного электронного потока и их съем через вывод ВЧ- и СВЧ-энергии. Недостатками данного способа являются: 1) формирование многоскоростного электронного потока происходит из ламинарного в пространстве взаимодействия, что влечет за собой необходимость больших геометрических размеров устройства; 2) при формировании многоскоростного электронного потока неоднородными магнитными и электрическими полями разброс электронов по скоростям не превышает 15%.

Задачей данного технического решения является создание такого способа формирования неламинарных электронных пучков, который мог бы преодолеть указанные выше недостатки существующих аналогов и обеспечил бы получение электронных пучков с разбросом электронов по скоростям 50% и более процентов.

Технический результат, достигаемый в предложенном способе, состоит в существенном увеличении разброса электронов по скоростям в области электронной пушки за счет управляемого торможения части электронного пучка, в частности его периферийной части.

Поставленная задача решается тем, что способ формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков характеризуется тем, что включает эмиссию электронов с катода, ускорение электронов с помощью ускоряющего электрода с потенциалом U0, торможение электронов, причем торможение осуществляют с помощью сетки с потенциалом U1<U0, перекрывающей часть электронного пучка, в частности его периферийную часть.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема способа формирования многоскоростных неламинарных электронных пучков, где

1 - катод,

2 - экранирующая сетка,

3 - ускоряющая сетка,

4 - тормозящая сетка.

Способ осуществляется следующим образом.

Электронный пучок эмитируется катодом 1 и ускоряется ускоряющей сеткой 3. Он проходит сквозь экранирующую и ускоряющую сетки. Экранирующая сетка находится под потенциалом катода и защищает ускоряющую сетку от перегрева. Ускоряющая сетка имеет потенциал, равный ускоряющему потенциалу U0, и она играет роль анода. Действие ячеек ускоряющей сетки на электроны приводит к тому, что электроны, прошедшие через центральную часть ячейки и вблизи краев, приобретают разные как по модулю, так и по направлению скорости. Другими словами, ячейка сетки играет роль своего рода рассеивающей линзы для электронных пучков, проходящих через нее. Разброс электронов по скоростям может достигнуть 2-3%. Далее на часть электронного пучка оказывается тормозящее воздействие за счет того, что электронный пучок проходит через сетку, на которую подается потенциал U1<U0. Поскольку тормозящее воздействие оказывается только на часть электронного пучка, то во всем электронном пучке в целом возможно добиться значительного разброса электронов по скоростям. Таким образом, в данном способе можно добиться существенно больших значений разброса электронов по скоростям, причем эти значения будут определяться соотношением потенциалов на ускоряющей и тормозящей сетках.

Было проведено численное моделирование структуры многоскоростных электронных пучков. Расчет проводился по методике работы (Калинин Ю.А., Волкова Л.Н. Письма в ЖТФ. 2010. Т.36, №14. С.65-72). На Фиг.2 и Фиг.3 представлены результаты исследований зависимости плотности тока jmax/j0 (где j0 - среднее значение плотности тока) и числа сгустков N от параметра торможения электронного пучка К, который определяется следующим образом:

K=l-Ucol/U0,

где Ucol - потенциал, подаваемый на коллектор, U0 - ускоряющее напряжение.

Был рассмотрен случай отсутствия магнитного поля. Видно, что плотность тока в электронных сгустках при наличии начального разброса электронов по скоростям (Δν/ν=50%, Фиг.3) возрастает в 70-100 раз, по сравнению со случаем отсутствия начального разброса по скоростям (Δν/ν=0%, Фиг.2).

Методами физического эксперимента с использованием разборной вакуумной установки (Ю.А.Калинин, А.Д.Есин. Методы и средства физического эксперимента в вакуумной СВЧ-электронике. Монография. Саратов: Изд-во СГУ. 1991) и набором соответствующих зондов были проведены исследования структуры многоскоростных турбулентных электронных пучков. На Фиг.4 приведены результаты экспериментальных исследований, отражающие качественную картину части продольной структуры многоскоростного турбулентного электронного пучка. Из полученных результатов следует, что в турбулентном электронном пучке наблюдаются как узкие, но очень плотные электронные сгустки, в которых соотношение j/j0≈350, так и более протяженные электронные структуры, но с гораздо меньшей плотностью j/j0≈60.

Было проведено экспериментальное исследование выходных характеристик лабораторного макета генератора широкополосных шумоподобных колебаний, с сеточной структурой у катода, представленной на фиг.1. Питание лабораторного макета осуществлялось в непрерывном режиме. Ускоряющее напряжение варьировалось в диапазоне U0=100÷800 B. В качестве контрольно-измерительного оборудования были использованы измеритель мощности Agilent Technologies N1912A P-series и спектроанализатор Agilent Technologies ESA-E Series Spectrum Analyzer E4402B.

Зависимость полосы генерации и выходной интегральной мощности от параметра торможения электронного пучка К приведены соответственно на Фиг.5 и Фиг.6. Символами на чертежах обозначены: A - случай отсутствия начального разброса электронов по скоростям, B - случай наличия начального разброса электронов по скоростям. Видно, что наличие начального разброса электронов по скоростям существенно улучшает выходные характеристики СВЧ-излучения.

Таким образом, предложенный способ позволяет формировать многоскоростные электронные пучки с большим разбросом электронов по скоростям - до 50% и более. Эти значения будут определяться соотношением потенциалов на ускоряющей и тормозящей сетках.

1. Способ формирования электронного пучка, включающий эмиссию электронов с катода, ускорение электронов с помощью ускоряющего электрода с потенциалом U0, торможение электронов, отличающийся тем, что торможение осуществляют с помощью сетки с потенциалом U1<U0, перекрывающей часть электронного пучка, за счет чего в электронном пучке создается разброс электронов по скоростям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что торможение осуществляют с помощью сетки, перекрывающей периферийную часть электронного пучка.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину разброса электронов по скоростям задают соотношением ускоряющего потенциала U0 и тормозящего потенциала U1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в физической электронике, квантовой электронике, для имплантации атомов в поверхность твердого тела, плазмохимии, диагностических измерениях.

Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков и может быть использовано для создания импульсных сильноточных электронных ускорителей, а также для поверхностной обработки материалов и изделий этими пучками.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для получения электронных пучков или пучков рентгеновских лучей для внутритканевой и интраоперационной лучевой терапии.

Изобретение относится к электронной технике и может найти применение в качестве источников электронных потоков в лучевых приборах. .

Изобретение относится к электронно-лучевым устройствам и может быть использовано для электронно-лучевой сварки (ЭЛС) изделий в вакууме. .

Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков с большой площадью поперечного сечения и может быть использовано для возбуждения мощных газовых лазеров, а также в технологических процессах: модификация поверхности изделий, радиационная технология, газоочистка.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к многолучевым электронным пушкам для мощных многолучевых электровакуумных СВЧ-приборов О-типа, например для мощных импульсных многолучевых клистронов и ЛБВ.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к катодным узлам для электронных пушек с протяженным электронным потоком, предназначенных для работы в электровакуумных приборах (ЭВП), или для электронных отпаянных пушек с протяженным электронным потоком, предназначенных для вывода электронного потока из вакуумной области в атмосферу или иную газовую среду.

Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков и может быть использовано для создания импульсных сильноточных электронных ускорителей, а также для поверхностной обработки материалов и изделий.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронным пушкам с низковольтным сеточным управлением током пучка для электровакуумных СВЧ-приборов О-типа импульсного действия.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройстве генерирования электронного луча. Техническим результатом является обеспечение возможности генерирования узкого электронного луча с малым диаметром в фокусе и высокой плотности мощности при одновременно простой конструкции и конфигурации устройства. Устройство содержит корпус (12), который ограничивает вакуумируемое пространство (13) и имеет отверстие для выхода электронного луча; впуск (16) для подачи рабочего газа в вакуумируемое пространство (13); плоский катод (14) и анод (15), которые расположены в вакуумируемом пространстве (13) и между которыми посредством прилагаемого электрического напряжения может создаваться плазма тлеющего разряда, при этом ионы из плазмы тлеющего разряда могут быть ускорены на поверхность катода (14). Технический результат достигается за счет того, что катод имеет первую часть (14a),состоящую из первого материала, которая образует центрально расположенную первую область поверхности катода (14), а также вторую часть (14b), состоящую из второго материала, которая образует вторую область поверхности катода (14), охватывающую первую область поверхности катода (14). Первый материал при воздействии на него ускоренных ионов может нагреваться до температуры, при которой электроны выходят из первого материала преимущественно за счет термоэлектронной эмиссии. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к электронным пушкам, предназначенным для вывода электронного потока из вакуумной области пушки наружу: в атмосферу или иную газовую среду, и может быть использовано в полупроводниковой и квантовой электронике, в медицине, в плазмохимии. Технический результат - повышение средней плотности мощности. Электронная отпаянная пушка включает металлический корпус, в торце которого соосно катоду расположено окно вывода электронов. Окно выполнено из теплопроводящего диэлектрика переменной толщины по площади окна, поверхность диэлектрика, обращенная к катоду, имеет токопроводящее покрытие, электрически связанное с корпусом пушки. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх